Metodo de minado subterraneo “T Room” para mantos de potencias reducidas Ing. Luís Arce Gonzáles Universidad Nacional Mayor de San Marcos
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RE!ME" En minería subterránea la explotación de mantos de potencias menores a 1.20 m, se torna difícil y muy a menudo su costo de minado es elevado, esto debido al metodo de explotación, en casos como estos se utiliza el metodo de explotación por Cámaras y ilares, donde la perforación, rotura y limpieza es convencional. Cuando la potencia se reduce a menos de un metro la explotación se torna más difícil y costosa, esto por!ue se tiene !ue minar por cámaras abiertas cuya sección debe de permitir el acceso del personal para !ue pueda operar con un estándar adecuado lo cual puede ser mínimamente de 1."0 1."0 m o inclusive 2.20 2.20 m de altura de traba#o. traba#o. Este problema se presentó en el $ote %inero &ztlán 2, ubicado en la Ciudad de &utlán de 'avarro en el estado de (alisco %)xico. El manto mineralizado cuenta con una potencia media media de 0."0 m, la roca enca#ona enca#onante nte son *obas *obas +iolitica +ioliticass endu endurecid recidas, as, y la estructura estructura mineralizada está a una profundidad de - m. $a nidad /a estado paralizado 0 aos y en los lotes perif)ricos se /a venido realizando traba#os de extracción en forma artesanal, artesanal, cuyo costo de minado superaba superaba el "- del valor del mineral. El presente traba#o muestra una variación del metodo Cámara y ilares, el cual se /a adaptado a las características características de este este yacimiento para lo3rar lo3rar poner en operación operación este lote minero de forma más económica, dic/a variación se le /a denominado 4Cámaras y ilares Con 5alería Central de Explotación y ilares Escalonados6 o sencillamente 4 * +oom6.
I"TR#$!%%I#" Cuando Cuando se tiene un manto manto de potenci potenciaa reduc reducida ida,, 7en este caso caso 0."0 0."0 m8, los m)todos m)todos disponible disponibless para su su explotac explotación ión son pocos pocos,, El metodo metodo de Cámar Cámaras as y ilares ilares es muy empleado9 sin embar3o su uso en mantos de reducida potencia 3enera un alta dilución, o la repetición del ciclo, para evitar tal perdida de la ley 7uso del Circado8, esto 3enera un sobrecosto por extraer el est)ril primero. $a operación se vuelve totalmente convencional y esto a la vez es lenta y de ba#a productividad, frente a esto una mina no lo3ra obtener un máximo de aprovec/amiento aprovec/amiento de sus recursos recursos disponibl disponibles, es, por lo !ue se debe de disear disear una variante variante del metodo !ue impli!ue un menor costo y una mayor productividad.
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L#TE MI"ER# A&TLA" '
!bicaci(n ) Acceso $a mina está ubicada en la carretera libre de 5uadala#ara a %anzanillo en la ranc/ería :an ;rancisco en la ciudad de &utlan de 'avarro. :e lle3a partiendo de &utlan rumbo a 5uadala#ara, a
ernández, &. ? %artínez, %. . 7201@8.
*igura +, lano de bicación $ote &ztlan 2. 7;uenteA Estudio de &sesoría 5eoló3ica al $ote %inero &ztlánB2 :ervicio 5eoló3ico %exicano8. Geología Regional El área de estudio estrati3ráficamente se ubica dentro de una secuencia volcanosedimentaria de edad cretácica 7fi3ura 28, donde predomina la ;ormación
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*epalcatepec, la cual forma parte del &rco Di/uatane#o y este a su vez conforma parte del *erreno 5uerrero, las rocas volcánicas f)lsicas !ue predominan en el área, se consideran de edad cretácico superiorBterciario inferior, y pertenecientes a la base de la :ierra %adre ccidental. $as rocas predominantes en el área pertenecen a la ;ormación *epalcatepec, la cual forma parte de una secuencia volcanosedimentaria constituida por areniscas, limolitas, calizas y flu#os piroclásticos de composición andesítica y +iolítica, estos depósitos denotan condiciones de ambiente continental. $as rocas anteriormente descritas fueron afectadas por un cuerpo intrusivo 5ranodiorítico 7batolito de *omatlan8. El aluvión consiste de una secuencia terrí3ena de arcilla, limo, arena y 3rava. Furante el cretácico superior, se tenían condiciones favorables para la depositacion de calizas en estratos 3ruesos !ue contienen micro y macrofósiles, lo cual si3nifica condiciones estables de una cuenca semiprofunda, estrati3ráficamente son las rocas más anti3uas de toda la zona y su espesor se /a estimado entre los 2-0 y @00 metros. osteriormente sucedió un periodo de levantamiento y erosión !ue dio como resultado la 3eneración de con3lomeración calcárea, formada por fra3mentos subredondeados de caliza cementados en una matriz calcárea, con limonita, /ematita y minerales arcillosos, su estructura es masiva, se encuentra sobreyaciendo en forma discordante a las calizas y subyaciendo tambi)n en forma discordante al 3rupo &utlan. Continuando con los eventos 3eoló3icos, posteriormente tuvo lu3ar una serie de intrusiones cuarzodioriticas, dioriticas y 3ranodioritas, lo cual 3)nero !ue en los contactos con las calizas, estas se marmolizaran. En se3uida, ya en el terciario continGo la actividad volcánica propia del e#e neovolcanico, formado por una 3ran variedad de rocas volcánicas !ue fueron emitidas a trav)s de un importante nGmero de aparatos volcánicos
Geología Local $ocalmente afloran rocas de una secuencia volcanosedimentaria constituidas por tobas riolíticas y andesíticas de tonalidades rosáceas y zonificaciones de silicificación, se observan intercalaciones muy locales de arenisca y limolita, estas rocas se encuentran afectadas por un intrusivo de composición 3ranodioritica, el cual aflora en la porción este del área de estudio.
%ontroles de Mineralizaci(n $os yacimientos de man3aneso en la zona de &utlan, están formados por óxidos y silicatos !ue se presentan en forma de manto, enca#onado en un cuerpo de tobas limonitica /acia el ba#o y el alto, las principales especies mineraló3icas en las !ue se presenta son en orden de importanciaA Hraunita, minerales del 3rupo del silomelano y irolusita, se presentan como minerales accesorios, Harita, Calcita, Ixidos de >ierro, Cuarzo y minerales Calcosilicatados de ma3nesio. En 3eneral el manto tiene un comportamiento estructural /omo3)neo, presenta una inclinación de tan solo -J y su rumbo del ec/ado es de -J al :E, el espesor observado fue en cierta medida tambi)n uniforme, pues aun!ue los extremos lo sitGan entre 0."0 a 1."0 metros, cabe /acer notar !ue el espesor mínimo Gnicamente fue observado en un solo sitio,
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de donde se considera !ue el espesor promedio del manto corresponde a 1.10 metros, pues es además esta ma3nitud la más frecuentemente observada, fluctuando entre 1.00 y 1.20 metros.
*igura 'A lano 5eoló3ico mostrando las rocas característicos de la zona donde se ubica el lote minero &ztlan 2 7tomado de la Carta 3eoló3ica %inera &utlan E1@BH128 %aracterísticas del mineral Como se menciona en los párrafos anteriores el mineral económico lo componen Ixidos de man3aneso, especialmente Hraunita el cual macroscópicamente presenta una forma bandeada, compacta, de alto peso específico 7."8 con una dureza de .- se3Gn la escala de %o/s, además de 3ran resistencia a la compresión niaxial. 7110 %pa8, su color es pardo oscuro y brillo semi metálico.
*igura -A %uestras de %ineral de man3aneso !ue corresponden mayoritariamente a Hraunita el cual es un 'esosilicato de %an3aneso. 7%n 2K 7%n@K8 :i128
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H+ELE &'M$N:N: FE $: %O*F: FN:I'NH$E:
+. %ámaras ) /ilares %on0encional Este metodo es utilizado en mantos /orizontales a sub/orizontales no mayor a @0 3rados de buzamiento, en potencias menores a los 2 metros, en ca#as competentes. $a perforación es neumática y la limpieza se realiza utilizando Pinc/es de arrastres, las dimensiones de la Cámara y pilares lo determina el cálculo 5eomecánico basados en los parámetros de la calidad de la roca. %ientras más 3randes sean los esfuerzos al cual es sometida la cámara de explotación, los pilares de soporte son de mayor sección o la cámara de explotación se reduce9 pero con ello se reduce tambi)n la recuperación del mineral. ;i3ura
*igura 1A :e 3rafica la forma como se explota el mineral en mantos de potencia reducida y la disposición de los pilares. ;uenteA niversidad olit)cnica de %adrid.7200=8. '. M2todo %ámaras 0acías ) uso de gatas 3idráulicas en retirada Esta variación del metodo se aplica en mantos de minerales blandos, especialmente carbón. Este metodo consiste en sostener la abertura de la cámara de explotación con 3atas /idráulicas, en línea y se avanza con ellas a medida !ue se corta el mineral, la roca ca#a !ue va !uedando detrás, se /unde y ocupa el espacio abierto, esto modifica la superficie por tanto su aplicación se reduce a yacimientos en zonas donde no se ten3a inconveniente con la modificación de la superficie. ;i3ura - y ;i3ura .
*igura 4A %)todo Cámaras vacías y uso de 3atas >idráulicas en retirada, metodo empleado en mantos de carbón. ;uenteA niversidad olit)cnica de %adrid 7200=8
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*igura 5A Explotación en mantos con soporte de 3atas %ina de oro en :ud &frica 7;uenteA */e 'eQ *imes +Qanda B 'et p/oto8 /ttpARRQQQ.neQtimes.co.rQR
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Metodo de Minado !tilizado en Lotes /eri62ricos %ámaras ) /ilares con0encional Este metodo es aplicado desde los inicios de la explotación del manto mineralizado por los primeros dueos del yacimiento, desde los aos -0, dic/a explotación se realizó en sectores donde el manto presentaba una potencia media de 1.20 a 1,"0 m con cámaras de -.00 m y pilares de @,00 m cuadrados o circulares, toda la actividad era convencional y el mineral se acarreaba con una locomotora en los niveles inferiores /orizontales, lue3o en un punto el convoy ascendía a superficie por un inclinado. & medida !ue la potencia del manto se fue reduciendo a una media de 0."0 a 1,00 m, el metodo de cámaras y pilares se tornó más costoso en su forma tradicional, debido !ue se continuaba abriendo toda la cámara para extraer el mineral, lo cual 3eneraba una alta dilución por el est)ril !ue se rompía al 3enerar la cámara, o por el doble ciclo de perforación y voladura cuando se !uería separar el est)ril con el mineral empleando la t)cnica del Circado.
%ostos de operaci(n $a pe!uea nidad minera &ztlan 2, /a estado realizando explotación artesanal, en la periferia de sus linderos, en los $otes pertenecientes a la Empresa %inera &utlan, ba#o un convenio, en el cual la producción se lo vendía a dic/a empresa a un valor de : S 54.+7 FólaresR*onelada, para una ley mínima de @0 de Ixidos de man3aneso, la producción !ue se obtenía era de 200 toneladas de mineral por mes. El costo de operación en la explotación artesanal !ue se realiza es de aproximadamente : S 48.+5 dólares R*onelada, esto es mientras se traba#e sin contratiempos9 sin embar3o se tienen paradas muy frecuentes por fallas de los e!uipos.
$istribuci(n de los costos, ! ! ! ! ! !
+otura mineral reparaciones Fesmonte &carreo alla!ueo ermisos
! 9 :Tn 21.@ T.0@ 21.2@ @. 2.2 1.-0
*otalA ! 9 48.+5 $a propuesta de me#oras en la operación, se debe de basar en la me#ora de los parámetros de los costos referidos y utilizar el precio de compra !ue la Empresa %inera &utlan :.&. de C.L, brinda a los dueos de la concesión &ztlan 2, el cual es de ! 9 54.+7 dólares la tonelada extraída puesto en canc/a. $a concesión &ztlan 2, con los convenios de servidumbre puede acceder a su propio yacimiento utilizando los laboreos anti3uos de la compaía en mención. 7n *Gnel de =00 m8 %E*F FE %N'&F +E:* 4CM%&+&: U N$&+E: C' 5&$E+V& CE'*+&$ FE EW$*&CNI' U N$&+E: E:C&$'&F:6 o 4* +%6.
$escripci(n del metodo. El metodo 4* +oom6 es una variación del metodo Cámaras y pilares, el cual es utilizado especialmente en mantos, consiste en realizar una 3alería central en el centro de la !ue sería la cámara de explotación con una sección !ue permita la circulación de e!uipos de limpieza 7:cooptram de 1.- a @,2 Ud @8 y altura de traba#o para la perforadora (ac
ecuencia de minado %onstrucci(n de la %ara Libre A :e inicia la preparación de la 3alería central de explotación, entre pilares, perforándose todo el frente completo, se3Gn malla su3erida, 7ver fi3ura =8 disparándose primero el Est)ril, lue3o se limpia y despu)s se disparan los taladros en mineral.7;i3ura 8
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*igura 5A ara lo3rar un ciclo doble, perforar la 3alería de explotación central, a media 3uardia se dispara el est)ril, se limpia, y al final de 3uardia se dispara el resto del frente.
*igura ;, %alla su3erida, observese !ue la voladura del esteril sale como un frente y la voladura del mineral sale en breastin3. +.+.
*igura =A +otura del est)ril
"
*igura 8A +otura del %ineral, obs)rvese !ue con ello se /a lo3rado construir la cara libre y la zona de explotación central. +.'. E>plotaci(n del mineral Fesde la 3alería central se posesiona, la perforadora /aciendo un &n3ulo con la /orizontal la barra, de aproximadamente 1- a 20 3rados, esto para darle una fuerza de salida al material cuando se dispare 7patada8, la fi3ura 10 muestra esta recomendación y en la fi3ura 11 se aprecia una vista de cómo se vería la perforación.
*igura +7A :e muestra la manera como se disponen los taladros al realizar la perforación, el &n3ulo de los taladros permitirá !ue el mineral roto se deposite en la 3alería central.
#
*igura ++, $a perforación se realiza /acia ambos extremos con barras de , y " pies secuenciados, debiendo tener la voladura una eficiencia mínima de 2.00 m. de avance. +.-.
*igura +'A bs)rvese !ue el mineral !ueda en la 3alería central de explotación donde está listo para ser extraido por un scoop. +ealizada la limpieza, se puede apreciar !ue cada cámara !uedara en forma de 4*6 y los pilares !uedaran escalonados. ;i3ura 12.
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*igura +'A al realizar la explotación de cada cámara se tendrá un perfil como se muestra en el 3ráfico. $ise?o ) cálculo de los /ilares@ usando M2todo del rea de tributaria +. $eterminaci(n de la carga Bue soporta el /ilar +esistencia a la compresión. niaxial Fiámetro de probeta
:c X 120,000 Ypa F X - mm
Feterminación de la constante C
C X c
ZZZZZZZZZZZZZZZZ 718
Y X 120000 Y X 2=""-."
Calculamos la tensión del pilar 7 Sp8 usando la fórmula de HieniasQ
Sp X :1 70. K 0.@ PR/8 1 X Y R 1 X 2T11.-1
ZZZZZZZZZZZZZZ.ZZZ. 728 ZZZZZZZZZZZZZZZZZ.. 7@8
$atos, &nc/o del ilar 7Q8 X 2.00 m otencia mineral 7/8 X0." m
Sp X + 70. K 0. @ 72.0R0."88 Sp X 2T11.-1 70. K 0. @ 72.-088 Sp X 2T11.-1 71. -8 Sp X 1187=.;'41 Cpa
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%alculo de la carga Bue soporta el pilar Dp :pA $a tensión del ilar 7Ypa8 >A rofundidad de la capa del mineral 7m8 PA &nc/o del ilar 7m8 '.7 $A $on3itud del ilar 7m8 '.7 HA &nc/o de la Cámara 7m8 5.47 g, Fensidad de la +oca '@4 Tn : Mg A &celeración de la 3ravedad T."1 R:2
*igura +-, El 3rafico muestra la $on3itud del ilar $, el anc/o del pilar P y el anc/o del ilar H *(rmula para secciones cuadradas p F g 3 > [ 7PKH82 R P2 \
ZZZZZZZZZZZZZZZ. 78
p F 2.-2- 7-8 [ 72.0K.-0 2 R 2.02 \ p F 1,-T.12- [ 7=2.2- R .0 \ p F 1,-T.12- [1".02-\ p F 2",=T@.""2" Ypa. *actor de eguridad Sp / :p * F ,T0".=2- R 2",=T@.""2" * F 1,-
ZZZZZZZZZZZ..ZZZZZ.. 7-8
Recuperaci(n D e e F 1 B [P R 7PKH8 x $R 7$KH8\ ZZZZZZZZZZZZZZZZZ... 78 e F 1 B [2.0 R 72.0K.-8 x 2.0R 72.0K.-8\ e F 1 B [0.2@T x 0.2@T\ e F 1 B [0.-T""@TT\ e X T
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%orrecci(n de /ilares !sando *ormula de María os2 Irarráza0al B &#uste de los parámetros de pilares utilizando la fórmula de %aría (os) Nrarrázaval
…………..(7)
Sp
: +esistencia del pilar o testi3os en %pa
C: A +esistencia a la Compresión niaxial de la roca intacta 120 Mpa P e A &nc/o efectivo del ilar o testi3o se3Gn Ester/uisen 7m8Z H > A <ura del ilar o testi3o 7m8 7.=7 +%+ A Calificación de la calidad del macizo rocoso ;&, H, C, F, E, ; :eis constante de a#uste El anc/o efectivo 7Pe8 está relacionado al efecto del lar3o del pilar, por lo !ue se3Gn la fórmula de Ester/uisen, se aprecia !ue la relación PR> es mayor a 1. entonces no se usa, pasando a usarse la fórmula de Pa3ner, siendo la si3uienteA P e X 7Mrea del pilar R erímetro del pilar8 Pe X 72.0 x 2.0 R "8 Pe X 2.0 m ] ] :e aprecia !ue la relación del lar3o del pilar, por ser de sección cuadrada no afecta el valor final, siendo el anc/o efectivo el mismo al propuesto inicialmente.
Sp = 120 (
1.04
(0.05 / 2.0)
0.12
Sp %alculo de la carga del pilar tilizamos el anc/o efectivo 7Pe8 del pilar al realizar los cálculos de la car3a sobre el pilar
Sp = 28,793.8828 Kpa
Sp / "p / 28,7#3.8828
= 1 ' ( / (*)) (+ / (+ *)) = 1 ' (2,0 / (2,06,5)) (2,0 / (2,06,5))
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imulaci(n de es6uerzos por elementos 6initos *omando en cuenta las observaciones de campo se consideró las propiedades tanto del mineral como las de la roca enca#onante !ue se acerca a los si3uientes parámetros. +esistencia a la compresión niaxialA 120 %pa %ódulo de Uoun3A 0 000 %pa +atio de oissonA 0.2 5:NA =@ %iA 2;actor de disturbanciaA 0 FensidadA 0.02- %'Rm@
*igura +1, :e observa !ue el factor de se3uridad disminuye en las cámaras y aumenta considerablemente conforme se va acercando al pilar esto debido a la alta resistencia de este. RE!LTA$# %osto de Minado caso Lote Aztlan ' :e realizaron los cálculos de los costos !ue se tendría en una operación de esta nidad para una producción inicial aproximada de @00 toneladas por mes. En esta operación se perforaría con (ac
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El metodo de explotación Cámaras y ilares con 5alería Central y pilar escalonado, como se /a explicado una de las venta#as !ue se aprecia del metodo es !ue no se extrae el est)ril de la cámara, cuando se explota mineral, este desmonte e!uivale a -2," m@Rcámara $os costos unitarios en los ciclos de este metodo son los si3uientesA : S R*on ' ' ' ' ' ' '
+otura de %ineral reparaciones &carreo de %ineral alla!ueo Lentilación Hombeo de a3ua E#ido ermisos
1.10 1".= 2.0 [email protected] 0.2 1.-0
%#T# Total
-=.-4
Estos costos /an sido calculados para una producción aproximada de @00 *n aproximadamente por mes, las cuales pueden incrementarse a medida !ue la mina ad!uiera capital propio y pueda financiar una se3unda inversión para duplicar su producción.
%#"%L!I#"E El nuevo metodo de minado denominado Cámaras y pilares con 5alería Central de Explotación y pilares Escalonados, permite una explotación racional y ordenada, de los recursos en estructuras an3ostas inclusive menores a un metro, extray)ndose esencialmente la zona del mineral y de#ando el est)ril in situ, ello 3racias a la 3alería central de explotación, desde donde se realiza la perforación y limpieza del mineral roto. ' :e lo3ra perturbar menos el macizo rocoso, esto debido a !ue las secciones abiertas son reducidas. ' :e reduce el costo de minado, si se compara con el tradicional metodo de Cámaras y pilares, esto por!ue al menos no se extrae en cada cámara de explotación -2," m@ de est)ril. ' Este metodo puede iniciarse con una producción de @00 *n., para lue3o implementar más unidades de perforación y personal e incrementar la producción mensual. '
El Costo de minado del metodo a implementarse en la nidad &ztlan 2 es de : 9 -=.-4 dólares por tonelada, :iendo muc/o más cómodo !ue el costo de minado del %etodo artesanal, de : S -T.1 Fólares la tonelada, mostrándose una diferencia :i3nificativa de :S 20."0 dólares R*n. Esto muestra cuan económico puede ser la Nmplementación del metodo su3erido.
RE*ERE"%IA *!E"TE
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1B >ernández, &. ? %artínez, %. . 7201@8. Estudio de &sesoría al lote %inero &ztlan B 2. abril, 10, 201=, de :ervicio 5eoló3ico %exicano :itio QebA QQQ.s3m.3ob.mex 2B :ociedad 3eoló3ica %exicana 7200=8. Carta 5eoló3ica %inera &utlan E1@ H12. @B :al3ado, L. 71TT"8. +econocimiento 5eoló3ico %inero del $ote &ztlan 2. %)xico B :al3ado, L. 7200"8. Nnforme empresa Nr< Nnternational :.& de C.L. Fr. Nlan3ovan -B niversidad olit)cnica de %adrid. Escuela *)cnica :uperior de Nn3enieros de %inas 7200=8. Fiseo de Explotaciones e Nnfraestructuras %ineras :ubterráneas. niversidad p.B=@. B Explotación en mantos con soporte de 3atas %ina de oro en :ud &fricaA */e 'eQ *imes +Qanda B 'et p/oto. /ttpARRQQQ.neQtimes.co.rQR =B Nrarrázaval, %. 7201@8. 'ueva ;órmula de +esistencia para el Fiseo Empírico de ilares de +oca. niversidad de C/ile, ;acultad de Ciencias ;ísicas y %atemáticas Fepartamento de Nn3eniería de %inas.
A/E"$I%E
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1.B ;oto3rafía del %useo de :ud &frica. Explotación de %antos /orizontales de sección
reducida utilizando puntales de soporte.
2B ;oto3rafía *omada del %useo de :ud &frica. Explotación artesanal de mantos reducidos inclinados utilizando puntales de soporte.
@B E!uipos para la limpieza de mineral y desmonte en el manto mineralizado en el lote &ztlan 2.
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:cooptram EN%C T11 $>F de 1.- Ud@
%ini Fámper de 0.=- m@
1"
